JP6700050B2 - チャックの開閉制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械及びその付属装置に関し、加工対象となるワークを把持する３爪チャックやコレットチャックなどの開閉動作を制御する装置に関するものである。

旋盤などの工作機械には、主軸の先端にワークを把持するチャックが装着されている。自動化された旋盤では、主軸は中空軸で、その中空孔に挿通した操作ロッドの軸方向移動により、チャックのワーク把持及び解放が行われるようになっている。操作ロッドを動かすチャックシリンダは、主軸の後端に取り付けられている。ワークのチャックで把持される部分の径は、ワークの種類（以下、「品種」と言う。）によって異なるから、ワークを把持したときのチャックの爪の位置は、品種によって異なる。従って、ワークを把持したときの操作ロッドの軸方向位置も品種によって異なる。

チャックシリンダには、チャックが十分な力でワークを把持するのに必要な圧力の油圧が供給されている。チャックにワークが差し込まれた状態でチャックシリンダにワーク把持方向の油圧が供給されると、操作ロッドがワーク把持方向に移動し、チャックの爪が当該十分な力でワークを把持したときに、操作ロッドの軸方向移動が停止する。

しかし、ワークに異物が付着していたとか、径の異なるワークが供給されたとか、ワークを把持する前に爪が何かに衝突して停止したとかの場合には、ワークを充分な力で把持することができない。この問題を避けるために、操作ロッドの軸方向の移動位置を検出するセンサが設けられている。

すなわち、操作ロッドと一体になって移動するドグ（検出部）を設け、加工する品種のワークが把持されたときにこのドグが位置する位置に近接センサなどのセンサを設置する。この状態でチャックシリンダにワーク把持方向の油圧を供給し、操作ロッドの移動が停止したときに、センサが検出信号を出力していることを確認することでワークが正常に把持されていると判断して、ワークの加工を開始する。

ワークの把持を近接センサなどで確認する装置では、加工するワークの品種が変わるごとにセンサの設定位置を変更しなければならない。ワークの品種がたびたび変わる汎用の工作機械では、品種が変わるごとにセンサの位置をオペレータが手動で設定する必要があり、オペレータの負担が大きく、品種変更時の機械の段取り替えの時間も長くかかる。また、設定ミスによる不良製品の発生や工具破損の危険もあり、オペレータの熟練も必要である。

この問題を避けるために、特許文献１及び２は、操作ロッドの軸方向位置を連続的に検出できるストロークセンサを設けて、ワーク把持時における操作ロッドの位置を例えば操作盤からの数値入力により設定できるようにすることを提案している。特許文献１は、チャックに標準ワークを把持させて、そのときの操作ロッドの位置を自動で設定することも提案している。このような手段によれば、センサの位置を手動で微細に調整するという煩雑で熟練が必要な作業が不要になる。また、設定した位置をディスプレイに表示することにより、設定ミスもある程度防ぐことができる。

特開平８−１５０５０３号公報 特開２００５−１８６１９１号公報

特許文献１、２で提案されているように、チャックを開閉する操作ロッドの位置を連続的に検出し、その検出位置と操作盤から設定した所定位置とを比較してチャックに開閉動作を制御することにより、品種が変わったときの段取り時におけるオペレータの作業負担を軽減することができ、設定ミスも相当程度低減することができる。

しかし、たとえ操作盤からの数値入力でワーク把持位置の設定が可能になるとしても、誤入力による設定ミスを完全に避けることはできず、また、設定時にどのような値に設定するかを知るためにワークの仕様書などを参照しなければならないという問題もある。

また、特許文献１、２の手段では、設定されるのは把持位置のみであり、ワーク解放時に爪がストローク端まで移動するので、チャックが必要以上のストロークで開閉動作を行うことになり、加工時間の短いワークを多数加工するときには、無駄時間が多くなる。

この発明は、上記のような問題を解決することができるチャックの開閉制御装置を提供することを課題としており、ワークの品種が変わったときの段取り作業が容易で、チャックのワーク把持位置の設定ミスをほぼ完全に防止することができ、ワークの品種に応じた適切なストロークでチャックの開閉動作を行わせることが可能な技術手段を提供することを課題としている。

この発明は、予め品種毎に記憶装置４に登録したワーク把持位置４３及びワーク解放位置４４を当該品種のワークを加工しようとする工作機械１の制御器３に設定して操作盤のディスプレイ３２に表示し、チャックの爪１４を開閉する操作ロッド１５の位置をストロークセンサ２（２ａ、２ｂ）で検出し、その検出値とワーク把持位置４３及びワーク解放位置４４の設定値との一致を検出することでワークの把持と解放とを確認する。この発明では、品種毎にチャック１２（１２ａ、１２ｂ）のワーク把持位置４３及び解放位置４４、使用するチャック種類４１、ワークの把持方向（内締めが外締めか）４２等の情報を電子データとして登録しておくことで、チャックの開閉操作に必要なデータの持ち運び、品種変更時のチャックの段取りおよび品種データの管理の簡易化を実現したものである。

この発明では、ストロークセンサの検出値、ワークの把持及び解放位置、爪のストローク端４５、４６を操作盤のディスプレイ３２に表示することで、開閉動作の確認、設定値の変更、ワークの品種や爪の取付位置の確認を行うことができる。

この発明のチャックの開閉制御装置は、ワークＷ（Ｗａ、Ｗｂ）を把持するチャック１２（１２ａ、１２ｂ）の開閉動作を当該チャックの爪１４に連結された操作ロッド１５の軸方向移動で行うチャックの開閉制御装置である。この発明の装置は、主軸１１（１１ａ、１１ｂ）と共に主軸軸線方向に動く部材（例えば主軸台）に固定されて操作ロッド１５の移動位置を連続的に検出するストロークセンサ２と、チャック１２がワークＷを把持するとき及び解放するときの操作ロッド１５の位置をワークの品種に関連づけて記憶する記憶装置４と、ワークの品種が指定されたときに当該品種に関連づけた前記操作ロッドの位置４３、４４をチャック１２の開閉動作を制御している制御器３に設定する設定手段３５と、設定されたワーク把持位置４３及び解放位置４４の設定値とストロークセンサ２の検出値とを比較して両者が一致したときに一致信号を出力する比較手段２８と、ワーク把持方向への操作ロッド１５の移動時に前記一致信号が出力されたときに把持信号を出力する把持検出手段２６と、ワーク解放方向への操作ロッド１５の移動時にワーク解放位置４４との一致信号が出力されたときに操作ロッド１５の軸方向移動を停止する解放検出手段２７とを備えている。

好ましいこの発明のチャックの開閉制御装置は、制御器３に着脱可能かつ持ち運び可能な外部記憶装置４を備え、制御器は、当該外部記憶装置から取得した設定値をディスプレイ３２に表示する設定値表示手段３６と、設定値が設定された状態におけるチャック１２の開閉動作をディスプレイ３２に表示する状態表示手段３８と、設定値を変更する設定値変更手段３７とを備えている。

この発明のチャックの開閉制御装置は、工作機械の主軸に取り付けたワーク把持用のチャックの開閉のほか、工作機械にワークを自動搬入するローダのチャックの開閉動作にも適用することができる。例えば、ローダにワーク把持位置の設定器を複数個設け、各設定器の設定位置に対応するワークの品種とを予め登録しておくことにより、ローダがワークを把持したときに、そのチャックに設けたストロークセンサの検出信号がどの設定値と一致するかを判断して、把持したワークの品種に対応する加工プロセスを実行させるようにすることもできる。

加工するワークの品種毎に使うチャック、ワークの把持方向、チャック開閉のストローク情報を電子データとして登録しておくことで、データの持ち運び、段取り替え時における制御器へのデータの設定作業を容易迅速に行うことが可能になり、ワーク把持位置及び解放位置の設定ミスを防止でき、加工中のチャックの爪の位置変化を確認でき、機械の異常を検出できる。

すなわちこの発明により、センサの位置調整が不要であるため段取り時の作業負担が大幅に軽減されると共に、作業者による調整ミスや調整のバラツキを防止できる。更に、段取り時における使用するチャックの間違い、爪の取付位置の間違い、ワークの間違いなども容易に発見できる。

この発明を採用した工作機械の一例を示すブロック図 図１の装置における要部と制御系を示すブロック図 ディスプレイ画面の表示例を示す図 左側チャックの設定値の確認・変更画面の例を示す図

以下、２主軸対向旋盤を例にして、この発明の実施形態を説明する。図１は、２主軸対向旋盤の機械本体の要部を示すブロック図、図２は、その要部と制御系を示すブロック図である。図において、１は機械本体、３は制御器、４はＵＳＢメモリなどの外部記憶装置である。

機械本体１は、同一軸線上で対向する２本の主軸１１ａ、１１ｂを備えている。それぞれの主軸の先端（対向端）には、ワークＷａ、Ｗｂを把持するチャック１２ａ、１２ｂが取り付けられ、後端にはそれぞれのチャックの開閉動作を行うチャックシリンダ１３ａ、１３ｂが装着されている。主軸１１ａ、１１ｂは中空軸で、各チャックの爪１４とチャックシリンダ１３のピストン１８とは、主軸１１の中空孔を通る操作ロッド１５で作動連結されている。作動連結とは、操作ロッド１５の軸方向移動を爪１４の放射方向移動に変換する機構を介して連結されているという意味である。

素材ワークＷａは、図の左側のチャック１２ａで把持されて、刃物台１６ａに取り付けた刃物１７ａにより、その右側の部分Ｗｃが例えば実線で示すように加工される。次に両チャック１２ａ、１２ｂの接近動作と爪１４の開閉動作とによって、ワークＷａの加工済の箇所Ｗｃが右チャック１２ｂで把持されて、刃物台１６ｂに取り付けた刃物１７ｂにより、その左側の部分Ｗｄの加工が行われ、加工済ワークが機外に搬出される。

図２に示すように、チャックシリンダ１３（図１の１３ａ、１３ｂ）のピストン１８には、操作ロッド１５の反対側に延びるドグロッド２５（図１の２５ａ、２５ｂ）が固定されている。ドグロッド２５は、チャックシリンダ１３の外側に延び、その後端にドグ（検出端）２２（図１の２２ａ、２２ｂ）が形成されている。そして、ドグ２２の位置を検出するストロークセンサ２が図示しない主軸台に固定して設けられている。ストロークセンサ２の構造は特に限定されないが、例えばドグ２２の移動方向と平行な方向に配置したコイルのインダクタンス変化により、ドグ２２の位置を検出する方式のセンサなどを利用できる。ストロークセンサ２で検出したドグ２２の位置信号は、制御器３に送られる。

チャックシリンダ１３には、操作ロッド１５の移動方向を切り換える電磁弁２３を介して油圧が供給されている。電磁弁２３を切り換える電気信号ｅ、ｆは、制御器３から出力されている。従って、制御器３は、チャックの開閉動作を行うとき、ピストン１８の移動方向、すなわち爪１４が開く方向に移動しているか、閉じる方向に移動しているかを知ることができる。なお、この移動方向は、ストロークセンサ２の検出信号を連続的に検知することによって制御器３に認識させることもできる。

外部記憶装置４には、加工されるワークの品種毎に左右のチャック１２（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれについて、チャックの種類４１（４１ａ、４１ｂ）、把持方向４２（４２ａ、４２ｂ）、ワーク把持位置４３（４３ａ、４３ｂ）、ワーク解放位置（又は把持ストローク）４４（４４ａ、４４ｂ）等のデータが登録されている。ここでチャック種類は、例えば３爪チャックやコレットチャックの別、把持方向は内締め、すなわちチャックの爪を開方向に付勢してワークを把持するのか、または外締め、すなわちチャックの爪を閉方向に付勢してワークを把持するのかの別である。

外部記憶装置４には、ワークの複数の品種について、それぞれのデータを記憶させておくこともできるし、１種類の品種について、当該品種の仕様や加工プログラムなどと共に上記のデータを登録しておく方式を採用することもできる。

制御器３は、外部記憶装置を接続するコネクタ３１、タッチパネルからなるディスプレイ３２及びテンキー３３を備えている。また、制御器３は、品種が指定されたときに、コネクタ３１に接続された外部記憶装置４から当該品種の左右のチャックについてのワーク把持位置４３、ワーク解放位置（または把持ストローク）４４、把持方向４２を読み込んで設定する設定手段３５、読み込んだ左右のチャックについての設定値を図４に示す態様でディスプレイ３２に表示する設定値表示手段３６、設定された設定値をタッチパネルの押しボタン３４やテンキー３３を介して変更する設定値変更手段３７、及び現在の設定状態を図３に示すような態様でディスプレイ３２に表示する状態表示手段３８を備えている。

更に、制御器３は、ワーク把持位置４３及び解放位置４４の設定値とストロークセンサ２の検出値とを比較して両者が一致したときに一致信号を出力する比較手段２８、当該比較手段がストロークセンサ２の検出信号と設定されたワーク把持位置４３との一致を検出したときに把持信号を出力する把持検出手段２６、及び比較手段２８がストロークセンサの検出位置と設定されたワーク解放位置４４との一致を検出したときに電磁弁２３を切り換えてチャックシリンダ１３への作動油の供給を停止する解放検出手段２７を備えている。

次に外部記憶装置４に複数の品種についてのデータが登録されており、制御器３に加工しようとする品種の仕様及び加工プログラムが登録されている場合について、上記装置の動作を説明する。

オペレータが外部記憶装置４を制御器３に接続すると、制御器の設定手段３５は、加工対象とする品種についてのチャック種類、把持方向、ワーク把持位置及び解放位置のデータを読み取って制御器３のそれぞれの設定器に設定する。外部記憶装置４にワーク解放位置に変えて把持ストロークが登録されているときは、把持方向を参照してワーク把持位置に把持ストロークを加算又は減算した値をワーク解放位置として設定する。制御器の設定値表示手段３６は、読み込んだ設定値を例えば図４のように制御器のディスプレイ３２に表示する。ここでチャックストローク端４５、４６は、ピストン１８の移動端又はストロークセンサ２が検出するドグ２２の移動端であり、機械本体の仕様によって定まる一定値である。

オペレータが動作確認をするときには、状態表示手段３８により、ディスプレイ３２に図３に示すような画面を表示する。この画面には、Ｌ側、すなわち左側のチャック１２ａとＲ側、すなわち右側のチャック１２ｂとについて、開側と閉側のストローク端５（５ａ、５ｂ）、６（６ａ、６ｂ）と、設定された閉位置７（７ａ、７ｂ）及び開位置８（８ａ、８ｂ）と、閉位置及び開位置を増減させるボタン３４（３４ａ、３４ｂ）と、操作ロッド又はチャック爪の現在位置を示す指標９（９ａ、９ｂ）とが表示されている。

多くの場合、ワークは外径側で把持される（外締め）ので、閉位置７がワーク把持位置となり、開位置８がワーク解放位置となるが、内径側で把持される（内締め）の場合には、開位置８がワーク把持位置、閉位置７がワーク解放位置となる。このように表示されている状態で、テストワークの把持及び解放動作を行わせると、現在位置を示す指標９が左右に移動して、ワーク把持位置及び解放位置で停止する。

このとき、たとえば指標９がワーク把持位置から外れて停止した場合には、ワークが適切に把持されていないか、誤ったワークを用いてテストを行っているか、あるいは設定値に誤りがあるかなので、その原因を調べ、必要ならば押しボタン３４を操作して設定値を変更した状態でテストを行う。また、指標９がワーク解放位置を外れた位置で停止したときは、爪１４の開閉装置にトラブルが発生している可能性もあるので、それらのチェックを行う。また、把持側と解放側との停止位置が同方向にずれたときは、爪１４を取り付ける際にチャック本体と爪との間に介在しているセレーションの位置が誤っているとも考えられるので、その確認を行う。

これらの確認を行い、設定値が誤りであると判断されれば、押しボタン３４の操作により、または図４の画面を再度表示して、テンキー３３などの操作により設定値を変更して確認作業を行う。そして、問題のないことが確認できれば、ワークの連続加工を開始する。

以上の例は、外部記憶装置４に複数の品種についてのチャックのデータのみを登録した場合の例であるが、外部記憶装置４をワークの品種毎に１個用意して、当該ワークの仕様や加工プログラムをチャックのデータと共に外部記憶装置４に登録しておき、制御器３に当該外部記憶装置からある品種のワークの加工に必要なデータすべてを設定することも可能である。また、外部記憶装置４は、複数台の工作機械の制御器３を一括して管理している管理コンピュータの記憶装置であってもよい。この場合には、それぞれの工作機械の制御器に管理コンピュータから加工プログラムなどと共にチャックのデータも転送する。

また、以上の説明は、旋盤のチャックについての例であるが、旋盤に限らず、複数種のワークを把持するチャックを備えた他の工作機械や、工作機械に付設されるローダやアンローダのチャックの開閉動作を制御する装置として利用することができる。

１ 機械本体
２（２ａ、２ｂ） ストロークセンサ
３ 制御器
４ 外部記憶装置
１１（１１ａ、１１ｂ） 主軸
１２（１２ａ、１２ｂ） チャック
１４ チャックの爪
１５ 操作ロッド
２６ 把持検出手段
２７ 解放検出手段
２８ 比較手段
３２ ディスプレイ
３６ 設定値表示手段
３５ 設定手段
３７ 設定値変更手段
３８ 状態表示手段
４１ チャック種類
４２ ワーク把持方向
４３ ワーク把持位置
４４ ワーク解放位置
４５、４６ 爪のストローク端
Ｗ（Ｗａ、Ｗｂ） ワーク

Claims (4)

1. ワークを把持するチャックの開閉動作を当該チャックの爪に連結された操作ロッドの軸方向移動で行うチャック開閉装置において、
   操作ロッドの移動位置を検出するストロークセンサと、
   チャックがワークを把持するとき及び解放するときの前記操作ロッドの位置をワークの品種に関連づけて記憶する記憶装置と、
   ワークの品種が指定されたときに当該品種に関連づけた前記操作ロッドの位置を前記チャックの開閉動作を制御している制御器に設定する設定手段と、
   当該設定されたワーク把持位置及び解放位置の設定値と前記センサの検出値とを比較して両者が一致したときに一致信号を出力する比較手段と、
   ワーク把持方向への前記操作ロッドの移動時に前記一致信号が出力されたときに把持信号を出力する把持検出手段と、
   ワーク解放方向への前記操作ロッドの移動時にワーク解放位置との一致信号が出力されたときに操作ロッドの軸方向移動を停止する解放検出手段とを備えている、
   チャックの開閉制御装置。
2. 前記記憶装置が、前記制御器に着脱可能かつ持ち運び可能な外部記憶装置である、請求項１記載のチャックの開閉制御装置。
3. 前記制御器が、設定値を表示する設定値表示手段と、設定値が設定された状態におけるチャックの開閉動作を表示する状態表示手段と、当該設定値を変更する設定値変更手段とを備えている、請求項１又は２記載のチャックの開閉制御装置。
4. チャックの把持方向が外締めか内締めかが登録されている前記記憶装置を備え、前記解放検出手段は、外締めが設定されたときには、チャックの開方向への前記操作ロッドの移動時に前記ワーク解放位置との一致信号が出力されたときに操作ロッドの軸方向移動を停止し、内締めが設定されたときには、チャックの閉方向への前記操作ロッドの移動時にワーク解放位置との一致信号が出力されたときに操作ロッドの軸方向の移動を停止する、請求項１、２又は３記載のチャックの開閉制御装置。

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